66ª Reunião Anual da SBPC

Resumo aceito para apresentação na 66ª Reunião Anual da SBPC pela(o): SBPC - SOCIEDADE BRASILEIRA PARA O PROGRESSO DA CIÊNCIA

B. Engenharias - 1. Engenharias - 2. Engenharia Civil

ANÁLISE DA RELAÇÃO ECONÔMICA VÃO / ALTURA DA VIGA MISTA EM PONTES RODOVIÁRIAS

EULER DE OLIVEIRA GUERRA - PUC MINAS GABRIEL RHEIN SIGNORELLI - PUC MINAS

INTRODUÇÃO:

No projeto de pontes rodoviárias estruturadas em viga mista, a primeira definição a ser feita pelo engenheiro calculista é a altura necessária para a viga principal em aço que conduza a um dimensionamento mais econômico. O componente estrutural mais relevante da superestrutura de uma ponte rodoviária é a viga principal. Seu peso representa 80% do consumo de aço da ponte. Essa constatação revela a importância da definição apurada do perfil da viga principal visando à otimização do projeto. A altura do perfil é decisiva para estabelecimento da rigidez necessária para absorver os esforços, limitar as deformações e assegurar a resistência à fadiga.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Determinar a altura econômica da viga principal através da variação da relação vão / altura obedecendo aos critérios de norma de controle da deformação, análise das tensões e resistência à fadiga. A definição da altura ideal conduz a um consumo mínimo de aço, reduzindo-se o número de tentativas despendidas pelo engenheiro calculista, resultando em redução de custos no projeto e na execução.

MÉTODOS:

Para procedermos às análises das vigas principais, alguns parâmetros de projeto foram fixados com intuito de diminuir a quantidade de variáveis que interferem no projeto de pontes rodoviárias. Fixou-se o espaçamento entre vigas principais em 2,1m que conduz a uma pré-laje com espessura de 8cm e uma laje com espessura final 22cm, com fck de 30MPa. Adotou-se 5cm de pavimento com peso específico 24kN/m3, um recapeamento de 2kN/m2 conforme a NBR 7187/2003. Para a carga móvel utilizou-se o trem-tipo Classe 45 da NBR 7188/1984 com distribuição transversal simplificada pelas vigas principais, considerando-se a laje simplesmente apoiada nas vigas principais. A esbeltez da alma das vigas principais não enrijecidas longitudinalmente foi limitada a 138 em função do uso do aço com tensão de escoamento 350MPa. O dimensionamento das vigas obedeceu aos critérios da norma americana AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials). O número de ciclos adotado é superior a dois milhões e o concentrador de tensões categoria B, segundo a tabela 10.3.1A da AASHTO, limita a amplitude de tensões em 112MPa. Foram analisados vãos de 18m a 22m, com análise das tensões, deformações e fadiga feita por um software, considerando a sequência executiva.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Para todos os vão foram dimensionadas as vigas principais considerando relações entre o vão e a altura da viga variando entre 15 e 20, respeitando-se as limitações de fadiga, tensões e deformações. Esses dados foram registrados em uma planilha e em seguida foi feito um gráfico relacionando o consumo de aço com a relação vão/altura da viga principal. Este gráfico possibilita a visualização da relação vão/altura mais econômica para cada vão. Para o vão 18 metros as relações vão / altura da viga situada entre 15 e 18 o consumo de aço foi determinado pela resistência à fadiga. Para as relações vão/altura entre 18 e 20, o critério de deformação foi preponderante, pois vigas mais baixas são menos rígidas. Para as vigas mais altas a esbeltez limite para a chapa da alma induz ao uso de espessuras maiores, conduzindo a um consumo maior de aço. Para este vão o consumo mínimo foi atingido com as relações vão/altura próxima a 16. Para os vão 19 e 20 metros, verifica-se o mesmo comportamento ocorrido no vão 18 metros. O consumo mínimo foi atingido com a relação vão / altura próxima a 17 e 18, respectivamente. Para o vão 21 metros as relações vão / altura revelaram a necessidade de variar a espessura das chapas de alma para atender o critério de esbeltez limite. As demais considerações são válidas para este vão. O consumo mínimo foi atingido com a relação vão / altura próxima a 16. Para o vão 22 metros verifica-se o mesmo comportamento dos demais vãos. O consumo mínimo foi atingido com a relação vão / altura próxima a 17.

CONCLUSÕES:

As simulações realizadas com vãos variando de 18 a 22 metros induzem à conclusão de que a relação vão / altura da viga de aço mais econômica a ser empregada em pontes rodoviárias mistas situa-se entre 16 e 17. Segundo a norma AASHTO a altura mínima permitida para as vigas de aço é o vão / 30. Esse valor representa quase a metade da altura mais econômica. Espera-se que essa conclusão seja útil aos engenheiros calculistas como parâmetro inicial de projeto, onde a primeira definição relativa à geometria das vigas principais é justamente a fixação da altura. A forma dos demais componentes do perfil metálico deve satisfazer os critérios de esbeltez, fadiga, tensão e deformação. Outro fato relevante é a ausência de uma norma brasileira para o dimensionamento de pontes estruturadas em aço, o que nos leva a recorrer a normas internacionais como AASHTO ou EUROCODE.

Palavras-chave: Estruturas de aço, Pontes rodoviárias, Vigas mistas.